JPH08295040A

JPH08295040A - サーマルヘッド

Info

Publication number: JPH08295040A
Application number: JP10387995A
Authority: JP
Inventors: Yukio Katamura; 幸雄片村; Riyuuichi Utsuka; 竜一兎束
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】保護層の内部応力が小さく、耐パワー性に優
れたサーマルヘッドを提供すること。【構成】基板と、この基板上に形成された発熱抵抗体
層と、この発熱抵抗体層の発熱部が露出するように開口
部が設けられた電極層と、発熱抵抗体層の少なくとも発
熱部を覆う保護層とを具備し、保護層が少なくとも液体
原料の蒸気と酸素を混合した状態で供給して形成した層
を持っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製版機やファクシミ
リ、プリンタなどの感熱記録装置に用いられるサーマル
ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーマルヘッドは、通常、感熱記録に用
いられている。感熱記録用のサーマルヘッドを製造する
場合、薄膜技術や厚膜技術が用いられる。この場合、薄
膜技術を使用した方が性能が優れることから、薄膜技術
が広く利用されている。

【０００３】ここで、薄膜技術を利用した従来のサーマ
ルヘッドについて、図２を参照して説明する。２１は高
抵抗基板で、高抵抗基板２１には、熱伝導のよい例えば
アルミナ焼結体が用いられる。また、高抵抗基板２１上
に、ガラスなどからなる保温用のグレーズ層２２、そし
て発熱抵抗体層２３が形成される。また、発熱抵抗体層
２３上には配線導体用の電極層２４が形成される。この
とき、電極層２４には、発熱抵抗体層２３の一部が露出
するように開口部２４ａが設けられる。そして、発熱抵
抗体層２３の露出した部分の酸化や磨耗を防止するため
に、保護膜２５が設けられる。保護膜２５は、酸化を防
止する層と磨耗を防止する層を別々に形成することもで
きる。このような保護層２５は、通常、スパッタ法やプ
ラズマＣＶＤ法で形成される。

【０００４】スパッタ法やプラズマＣＶＤ法で保護層２
５を形成する場合、電極層２４に段差があるため、矢印
で示すように保護層２５に断層Ａが発生する。このよう
な断層Ａがあると、保護層２５を形成する過程で、雰囲
気中の酸素や水分が侵入し、あるいは、記録時に印字媒
体から水分や腐食物質が侵入する。これにより発熱抵抗
体層２３が酸化し抵抗値が上昇する。また電極層２４が
腐食し、印字品位が劣化する。なお、水分や腐食物質の
侵入が著しいと、保護層２５が剥離することもある。こ
の結果、電極層２４の断線が発生し、サーマルヘッドの
耐久性を低下させる。

【０００５】そこで、保護層に断層が発生しない薄膜形
成方法として、バイアススパッタ法が提案されている
（例えば、「プラズマプロセッシングの基礎」B.N.Chap
man 著：岡本訳を参照）。

【０００６】ここで、バイアススパッタ法について図３
で説明する。３１はターゲットである。ターゲット３１
はアースシールド３２で包囲され、高周波電源３３に接
続されている。また、ターゲット３１に対向して基板３
４が配置されている。なお、基板３４は基板ホルダ３５
に支持される。基板ホルダ３５はアースシールド３６で
包囲され、高周波バイアス電源３７に接続されている。

【０００７】上記した構成のバイアススパッタ法は、タ
ーゲット３１側だけでなく基板３４側にも高周波電力が
印加される。このため、基板３４に蓄積された材料が、
基板３４側に印加されたバイアス電圧によって再スパッ
タされる。この再スパッタによって、段差のある壁面に
材料が付着し、断層部分が埋められる。したがってバイ
アススパッタを継続することで、良好なステップカバレ
ージが得られ、耐久性に優れたサーマルヘッドが構成で
きる。

【０００８】しかし、バイアススパッタ法で保護層を形
成する場合、保護層が形成される初期において発熱抵抗
体層が再スパッタ（エッチング）される。この結果、発
熱抵抗体層が劣化し抵抗値分布が悪化する。また、保護
層の内部応力が大きくなるため、サーマルヘッドとして
の動作中にヒートショックで保護層にクラックや剥離が
生じ、また、発熱抵抗体層が酸化し、サーマルヘッドの
耐久性を低下させる。このような問題を解決するため
に、公知の方法ではないが次のような方法が提案されて
いる。例えば、基板上に発熱抵抗体層を形成し、その
後、発熱抵抗体層の一部が露出するように開口部を設け
た電極層を形成する。そして、保護層を、通常のスパッ
タ法で形成された層と、バイアススパッタ法で形成され
た層とで構成する方法である。この場合、抵抗体層と接
する側が通常のスパッタ法で形成される。したがって、
保護層を形成する初期において、発熱抵抗体層に再スパ
ッタは起きない。この方法によれば、発熱抵抗体層が劣
化したり、抵抗値分布が悪化したりすることのないサー
マルヘッドが実現される。

【０００９】また、通常のスパッタ法で形成された部分
は、バイアススパッタ法で形成された部分に比べ内部応
力が小さい。このため、サーマルヘッドの動作中にヒー
トショックによって、保護層にクラックや剥離が生じる
ことがない。また、発熱抵抗体層が酸化することもな
い。また、保護層の上層部分はバイアススパッタ法で形
成されるため、ステップカバレージが良好で断層のない
保護層が得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】通常のスパッタ法とバ
イアススパッタ法とを用いて保護層を形成する場合、こ
の２つのスパッタ法が連続して行われる。この場合、バ
イアススパッタ法で形成された層は内部応力が大きく、
異物などによって保護層に剥がれが生ずることがある。
そして、保護層が剥がれると、雰囲気中の酸素や水分が
侵入し、あるいは印字媒体の水分や腐食物質が侵入し、
発熱抵抗体層が酸化し抵抗値が上昇する。また、電極層
が腐食し印字品位が劣化する。このような現象が著しく
なると、保護層が剥離し電極層の断線などサーマルヘッ
ドの耐久性が低下する。

【００１１】本発明は、上記した欠点を解決するもの
で、保護層の内部応力が小さく、耐パワー性に優れたサ
ーマルヘッドを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、この
基板上に形成された発熱抵抗体層と、この発熱抵抗体層
の発熱部が露出するように開口部が設けられた電極層
と、前記発熱抵抗体層の少なくとも前記発熱部を覆う保
護層とを具備したサーマルヘッドにおいて、液体原料の
蒸気と酸素を混合した状態で供給して形成した層を、前
記保護層が少なくとも持っている。

【００１３】また、液体原料が、テトラエチルオルスシ
リケートまたはペンタエトキシタンタルのいずれかであ
る。

【００１４】また、保護層は、スパッタ法、例えばバイ
アススパッタ法で形成された層をも有している。

【００１５】また、保護層の発熱抵抗体層と接する側
が、液体原料の蒸気と酸素を混合した状態で供給して形
成された層となっている。

【００１６】また、液体原料の蒸気と酸素を混合した状
態で供給して形成された層は少なくともＳｉとＯを含
み、また、スパッタ法で形成された層は少なくともＴａ
とＯを含んでいる。

【００１７】

【作用】上記した構成によれば、液体原料として有機シ
ランのテトラエチルオルスシリケート（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ
₅）₄）（以下ＴＥＯＳ（Tetraethyl Orthsilicate ）
という）を用いて保護層が形成される。この成膜法は、
例えば、プラズマＣＶＤ装置が使用され、シャワー電極
構造となっている上部電極からその下方に位置する基板
面に、ＴＥＯＳ蒸気と酸素を混合した状態で供給し、保
護層を形成する方法である。この方法の場合、反応が基
板表面であるため、段差部分のステップカバレージに優
れ、内部応力が小さい構造が実現できる。なお、液体原
料としては、ペンタエトキシタンタル（Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ
₅）₅）を用いることもできる。

【００１８】また、保護層を、液体原料の蒸気と酸素を
混合した状態で供給して形成した層と、バイアススパッ
タ法で形成された層とで形成している。そしてこの場
合、発熱抵抗体層と接する側を、液体原料の蒸気と酸素
を混合した状態で供給して形成した層で形成している。
このため、保護層を形成する初期において、発熱抵抗体
層が劣化したり、抵抗値分布が悪化したりすることがな
い。また、液体原料の蒸気と酸素を混合した状態で供給
して形成した層は、均一性に優れ断層のない良好なステ
ップカバレージが得られる。また、保護層の上部がバイ
アススパッタ法で形成されるため、電極層の腐食や抵抗
体層の酸化が防止されため、ステップカバレージがさら
に向上する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２０】（実施例１）支持基板として、表面をグレ
ーズ処理したアルミナ基体が用いられる。そして、支持
基板上に、Ｔａ−Ｓｉ−Ｏからなる発熱抵抗体層がスパ
ッタリングで形成される。次に、発熱抵抗体層上に、Ａ
ｌからなる個別電極や共通電極の層がスパッタリング法
や蒸着法で形成される。その後、フォトエングレイビン
グ工程において、所定のパターニングが行われる。そし
て、以下の手順で、発熱抵抗体層の少なくとも発熱部を
被覆するように保護層が形成される。

【００２１】保護層の形成には、平行平板形プラズマＣ
ＶＤ装置が用いられる。この装置の上部電極はシャワー
構造をしており、その下方に位置する基板上にＴＥＯＳ
蒸気と酸素が混合状態で均一に供給された。

【００２２】原料は（Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₄）を、また
反応ガスはＯ₂とし、これらの流量比を１：１３にし
た。また圧力は０．６Ｔｏｒｒ、高周波電力は０．５Ｗ
／ｃｍ²、基板温度は３５０℃とし、１．３μｍの耐酸
化性のＳｉＯ₂膜を形成した。その後、原料を（Ｔａ
（ＯＣ₂Ｈ₅）₅）とし、他の条件は同じにして、２．
２μｍの耐磨耗性のＴａ₂Ｏ₅膜を形成した。

【００２３】これらの膜を、Ｓｉウェハ上に別途形成し
応力測定を行った。その結果、ＳｉＯ₂膜の応力は１．
０×１０⁴Ｎ／ｃｍ²、Ｔａ₂Ｏ₅膜の応力は８．２×
１０⁴Ｎ／ｃｍ²となり、後述の試料Ｂに比較して小さ
く、剥がれが少なかった。また、綿密で結晶性の良い膜
ができた。

【００２４】上記した方法で形成された保護層を実装
し、主走査方向が４０μｍ、副走査方向が３０μｍの形
状の発熱抵抗体を持つ、例えば製版機用のサーマルヘッ
ドを作成した。これを試料Ａとする。

【００２５】また、以下のような手順のスパッタリング
で保護層を形成した以外は、上記したと同一条件で比較
用のサーマルヘッドを作成した。これを試料Ｂとする。

【００２６】ＳｉＯ₂ターゲットを用い、ターゲット側
に４．５Ｗ／ｃｍ²の高周波電力を加え、基板側には高
周波電力を印加しなかった。そして、基板温度３００
℃、圧力４×１０^-1Ｐａの条件で１．３μｍの耐酸化性
のＳｉＯ₂膜を形成した。

【００２７】次に、Ｔａ₂Ｏ₅ターゲットを用い、ター
ゲット側に４．５Ｗ／ｃｍ²の高周波電力を、また基板
側に１．５Ｗ／ｃｍ²の高周波電力を加え、いわゆるバ
イアススパッタ法で２．２μｍの耐磨耗性のＴａ₂Ｏ₅
膜を形成した。なお、圧力および基板温度は、それぞれ
４×１０^-1Ｐａ、３００℃とした。

【００２８】これらの膜を、Ｓｉウェハ上に形成し、応
力測定を行った。その結果、ＳｉＯ₂膜は２．５×１０
⁴Ｎ／ｃｍ²、Ｔａ₂Ｏ₅膜は５．０×１０⁵Ｎ／ｃｍ
²となり、両者の応力は大きく、剥がれが発生しやすか
った。

【００２９】そして、試料Ａ、Ｂを滴下耐パルス寿命試
験に供した。例えば、発熱抵抗体の少なくとも発熱部に
純水を滴下しつつ、パワーが０．２８Ｗ／ｄｏｔで、パ
ルス幅が０．５ｍｓｅｃ、パルス周期が３．０ｍｓｅｃ
の駆動条件で連続的にパルスを加え、抵抗値の変化率を
測定した。この結果が図１である。なお、図１の横軸は
印加パルス数で、縦軸は抵抗値変化率（％）である。

【００３０】試料Ｂは、特性ｂで示すように初期の段階
から抵抗値が大きく上昇し、５×１０⁶回のパルス印加
時に抵抗値の変化率が＋１０％を越えた。また、試験
後、試料を顕微鏡で観察したら電極膜に多数の腐食孔が
認められた。なお、試料Ａは、特性ａで示すように初期
の段階から抵抗値が安定し、１×１０⁸回のパルス印加
時でも抵抗値の変化率は＋４．５％であった。また、顕
微鏡で観察しても電極腐食などの異常は認められなかっ
た。

【００３１】（実施例２）以下の手順で保護層を形成し
た以外は、実施例１の試料Ａ、Ｂとまったく同様の条件
でサーマルヘッドを作成した。これを試料Ｃとする。

【００３２】まず、耐酸化性のＳｉＯ₂膜を、以下の要
領で、液体原料の蒸気と酸素を混合した状態で供給して
形成した。例えば、原料として（Ｓｉ（ＯＣ
₂Ｈ₅）₄）を、反応ガスとしてＯ₂を用い、これらの
流量比を１：１３にした。また、圧力は０．６Ｔｏｒ
ｒ、高周波電力は０．５Ｗ／ｃｍ²、基板温度は３５０
℃の条件で、１．３μｍの耐酸化性のＳｉＯ₂膜を形成
した。

【００３３】その後、Ｔａ₂Ｏ₅ターゲットを用い、タ
ーゲット側に４．５Ｗ／ｃｍ²の高周波電力を、また、
基板側に１．５Ｗ／ｃｍ²の高周波電力を印加し、いわ
ゆるバイアススパッタ法を用いて２．２μｍの耐磨耗性
のＴａ₂Ｏ₅膜を形成した。なお、圧力および基板温度
は、それぞれ４×１０^-1Ｐａ、３００℃とした。

【００３４】試料Ｃについて、実施例１と同一条件で滴
下耐パルス寿命試験を行った。この結果を、図１の特性
ｃで示す。試料Ｃは、抵抗値の安定性が試料Ａよりさら
に優れ、１×１０⁸回のパルス印加時でも抵抗値の変化
率は＋１．５％であった。また、顕微鏡の観察によって
も電極に腐食孔などの異常は認められなかった。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、保護層の内部応力が小
さく耐パワー性に優れたサーマルヘッドを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の特性を説明する図である。

【図２】従来例を説明する図である。

【図３】従来例を説明する図である。

【符号の説明】

ａ…本発明の特性ｂ…従来例の特性ｃ…本発明の特性

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、この基板上に形成された発熱抵
抗体層と、この発熱抵抗体層の発熱部が露出するように
開口部が設けられた電極層と、前記発熱抵抗体層の少な
くとも前記発熱部を覆う保護層とを具備したサーマルヘ
ッドにおいて、液体原料の蒸気と酸素を混合した状態で
供給して形成した層を、前記保護層が少なくとも持つこ
とを特徴とするサーマルヘッド。
【請求項２】液体原料が、テトラエチルオルスシリケ
ートまたはペンタエトキシタンタルのいずれかであるこ
とを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッド。
【請求項３】保護層が、スパッタ法で形成された層を
も含むことを特徴とする請求項１記載のサーマルヘッ
ド。
【請求項４】スパッタ法がバイアススパッタ法である
ことを特徴とする請求項３記載のサーマルヘッド。
【請求項５】保護層の発熱抵抗体層と接する側が、液
体原料の蒸気と酸素を混合した状態で供給して形成され
た層であることを特徴とする請求項３または請求項４の
いずれかに記載されたサーマルヘッド。
【請求項６】液体原料の蒸気と酸素を混合した状態で
供給して形成された層は少なくともＳｉとＯを含み、ま
た、スパッタ法で形成された層は少なくともＴａとＯを
含むことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか
１つに記載のサーマルヘッド。